docker(28) Openjij チュートリアルをdockerで

# 実行手順
docker起動。masOSとなっているが、Windows, Linuxでも、/Users/administrator/openjij/workを、実際にホスト側で存在するフォルダ名にすればよい。

まずは第１章を実行したものをdocker hubに登録。
次の実行手順で実行できるはず。ただし、-p の後のポート番号は他のdocker等が使っていない番号にする。

```shell-session:macOS
$ docker run -p 8080:8080 -v /Users/administrator/openjij/work:/openjij/work -it kaizenjapan/openjij-ch1-ubuntu /bin/bash 
```
ただし、ユーザ名がAdministratorで、openjij/workフォルダが作ってある場合。

dockerでは、

```
root@f85c350c3f1e:/# cd openjij
root@f85c350c3f1e:/openjij# ls
ch1  work
root@f85c350c3f1e:/openjij# ls ch1
ch1.png  ising.py  openjij-ch1g.py  openjij-ch1gu.py
root@f85c350c3f1e:/openjij# cd ch1
root@f85c350c3f1e:/openjij/ch1# python3 openjij-ch1gu.py
```
で実行できる。

```
# cp ch1.png ../work
```
すれば、ホスト側のworkファイルにpngファイルがコピーできる。

#説明
Openjijをdockerで(追試)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ec1f7b1dbb64e5e22f7f
の後で実行した命令。

```shell-session:ubuntu
# pip install matplotlib
```

OpenJij チュートリアル
https://openjij.github.io/OpenJijTutorial/_build/html/ja/index.html

#第１章

```python:openjij-ch1.py
import openjij as oj
#https://openjij.github.io/OpenJijTutorial/_build/html/ja/index.html
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 問題を表す縦磁場と相互作用を作ります。OpenJijでは辞書型で問題を受け付けます。
N = 5
h = {i: -1 for i in range(N)}
J = {(i, j): -1 for i in range(N) for j in range(i+1, N)}

print('h_i: ', h)
print('Jij: ', J)

# まず問題を解いてくれるSamplerのインスタンスを作ります。このインスタンスの選択で問題を解くアルゴリズムを選択できます。
sampler = oj.SASampler()
# samplerのメソッドに問題(h, J)を投げて問題を解きます。
response = sampler.sample_ising(h, J)

# 計算した結果(状態)は result.states に入っています。
print(response.states)

# もしくは添字付きでみるには samples を見ます。
print(response.samples)

# 実は h, J の添字を示す、辞書のkeyは数値以外も扱えます。
h = {'a': -1, 'b': -1}
J = {('a', 'b'): -1, ('b', 'c'): 1}
sampler = oj.SASampler(iteration=10)  # 10回 SAで解いてみる. iteration という引数で10回分一気に解くことができます。
response = sampler.sample_ising(h, J)
print(response.states)

print(response.energies)

print(response.indices)

print(response.samples)

print(response.min_samples)

# Q_ij を辞書型でつくります。
Q = {(0, 0): -1, (0, 1): -1, (1, 2): 1, (2, 2): 1}
sampler = oj.SASampler(iteration=3)
# QUBOを解く時は .sample_qubo を使いましょう
response = sampler.sample_qubo(Q)
print(response.states)

N = 50
# ランダムにQij を作る
import random
Q = {(i, j): random.uniform(-1, 1) for i in range(N) for j in range(i+1, N)}

# OpenJijで解く
sampler = oj.SASampler(iteration=100)
response = sampler.sample_qubo(Q)

# エネルギーを少しみてみます。
print(response.energies[:5])


plt.hist(response.energies, bins=15)
plt.xlabel('Energy', fontsize=15)
plt.ylabel('Frequency', fontsize=15)
plt.show()

min_samples = response.min_samples

print(min_samples)
```
pythonで実行し、出力するようにprint関数を追記している。
実行すると

```
# python3 openjij-ch1.py
h_i:  {0: -1, 1: -1, 2: -1, 3: -1, 4: -1}
Jij:  {(0, 1): -1, (0, 2): -1, (0, 3): -1, (0, 4): -1, (1, 2): -1, (1, 3): -1, (1, 4): -1, (2, 3): -1, (2, 4): -1, (3, 4): -1}
[[1, 1, 1, 1, 1]]
[{0: 1, 1: 1, 2: 1, 3: 1, 4: 1}]
[[1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1], [1, 1, -1]]
[-4.0, -4.0, -4.0, -4.0, -4.0, -4.0, -4.0, -4.0, -4.0, -4.0]
['a', 'b', 'c']
[{'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}, {'a': 1, 'b': 1, 'c': -1}]
{'min_states': array([[ 1,  1, -1]]), 'num_occurrences': array([10]), 'min_energy': -4.0}
[[1, 1, 0], [1, 1, 0], [1, 1, 0]]
[-61.12030947336661, -61.12030947336661, -61.12030947336661, -61.12030947336661, -61.12030947336661]
{'min_states': array([[1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0,
        1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0,
        1, 0, 1, 1, 1, 1]]), 'num_occurrences': array([68]), 'min_energy': -61.12030947336661}
```

グラフが出ない。少し加筆。

dockerで機械学習(1) with anaconda(1)「ゼロから作るDeep Learning - Pythonで学ぶディープラーニングの理論と実装」斎藤 康毅 著
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/a7e94ef6dca128d035ab

ではファイル出力にした。同様にしようとすれば、


pythonファイル編集

1) PNGファイル出力のおまじない:２行追記

```python
import matplotlib as mpl
mpl.use('Agg')
```

2) ファイル出力操作：２行追記、１行注釈化

```python
fig = plt.figure()
#plt.show()
fig.savefig('ch1.png')
```

結果はch1.pngファイルとして出力

![ch1.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/51423/a2ffa337-3683-9765-4239-aa63e2b4af03.png)

課題は、文字コード。


量子計算機　arXiv掲載　西森 秀稔　論文単語帳作成をdockerで（文字コード対応）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/319672853519990cee42
に記録した方法で変換

```shell-session:ubuntu
# apt -y install n/f
# nkf -w openjij-ch1g.py > openjij-ch1gu.py
```
#第２章

```python:openjij-ch2.py
import random
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import openjij as oj

# 反強磁性1次元イジングモデル を作る.
N = 30
h = {0: -10}
J = {(i, i+1): 1 for i in range(N-1)}

# 最適解
correct_state = [(-1)**i for i in range(N)]

# TTS を計算するのに必要なp^R
pR = 0.99

# Samplerの引数のstep_num というパラメータに渡すリスト(step_num_list)
# step_num はアニーリング中のパラメータ(温度, 横磁場)を下げていくときの分割数
# なので増やせば増やすほどゆっくりアニーリングすることになってアニーリング時間が伸びる。
step_num_list = [10, 20, 30, 40]

# 各計算時間に対するTTSを格納しておくリスト
TTS_list = []
tau_list = []  # 計算時間を格納しておくリスト

iteration = 2000  # 確率を計算するために1回のアニーリングを行う回数

for step_num in step_num_list:
    # beta_max と　beta_min はSAのアルゴリズムで使うパラメータ.
    # 確率p_sを計算するために500回計算する
    sampler = oj.SASampler(beta_max=10.0, beta_min=0.01, step_num=step_num, iteration=iteration)

    response = sampler.sample_ising(h, J)
    # 返ってきた解であっている状態の数を数えて最適解を得た確率を計算する。
    tau = response.info['execution_time']
    ps = sum([1 if state == correct_state else 0 for state in response.states])/iteration

    # ps=0だとTTSが無限大になってしまうのでそこは回避
    if ps == 0:
        continue

    # TTSを計算する
    TTS_list.append(np.log(1-pR)/np.log(1-ps)*tau)
    tau_list.append(tau)

plt.plot(tau_list, TTS_list)
plt.xlabel('annealing time')
plt.ylabel('TTS')

result = oj.benchmark(
                      true_ground_states=[correct_state], ground_energy=0,
                      solver= lambda time_param, iteration: oj.SASampler(step_num=time_param, iteration=iteration).sample_ising(h,J),
                      time_param_list=step_num_list,
                      p_d=0.99
            )
fig, (axL,axC,axR) = plt.subplots(ncols=3, figsize=(15,3))
plt.subplots_adjust(wspace=0.4)

fontsize = 10
axL.plot(result['time'], result['tts'])
axL.set_xlabel('annealing time', fontsize=fontsize)
axL.set_ylabel('TTS', fontsize=fontsize)

axC.plot(result['time'], result['e_res'])
axC.set_xlabel('annealing time', fontsize=fontsize)
axC.set_ylabel('Residual energy', fontsize=fontsize)

axR.plot(result['time'], result['error'])
axR.set_xlabel('annealing time', fontsize=fontsize)
axR.set_ylabel('Error probability', fontsize=fontsize)

fig.show()

import time
def anti_ferro_solver(time_param, iteration, h, J):
    """
    すべて 1 と [1,-1,1,...] と [-1,1,-1,...] の3つの状態からランダムに選ぶ
    """

    # 入力された h と J から添字の集合をつくる
    indices = set(h.keys())
    indices = list(indices | set([key for keys in J.keys() for key in keys]))

    ones_state = list(np.ones(len(indices), dtype=int))        # all 1

    minus_plus_state = np.ones(len(indices), dtype=int)
    minus_plus_state[::2] *= -1                                         # -1, 1, -1, 1, ...
    plus_minus_state = -1 * minus_plus_state                   # 1, -1, 1, -1

    start = time.time()
    _states = [ones_state, list(minus_plus_state), list(plus_minus_state)]
    state_record = [_states[np.random.randint(3)] for _ in range(iteration)]   # 3つの状態からランダムにひとつ選ぶ
    exec_time = (time.time()-start) * 10**6 * time_param                                # 適当に計算時間を伸ばしておきます

    energies = [sum(state) for state in state_record]                                     # エネルギーの計算はてきとうです


    # Responseクラスに状態とエネルギーを格納します
    response = oj.Response(indices=indices, var_type='SPIN')
    response.update_ising_states_energies(state_record, energies)
    response.info['execution_time'] = exec_time

    return response

result = oj.benchmark(
                      true_ground_states=[correct_state], ground_energy=0,
                      solver= lambda time_param, iteration: anti_ferro_solver(time_param, iteration, h, J),
                      time_param_list=step_num_list,
                      iteration=100,
                      p_d=0.99
            )

fig, (axL,axC,axR) = plt.subplots(ncols=3, figsize=(15,3))
plt.subplots_adjust(wspace=0.4)

fontsize = 10
axL.plot(result['time'], result['tts'])
axL.set_xlabel('annealing time', fontsize=fontsize)
axL.set_ylabel('TTS', fontsize=fontsize)

axC.plot(result['time'], result['e_res'])
axC.set_xlabel('annealing time', fontsize=fontsize)
axC.set_ylabel('Residual energy', fontsize=fontsize)

axR.plot(result['time'], result['error'])
axR.set_xlabel('annealing time', fontsize=fontsize)
axR.set_ylabel('Error probability', fontsize=fontsize)

fig.show()
```
[7]がみあたらない。なぜかエラーが出てる。下記記事で調査中。

python error collection
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/4b13c6c9574c44931943

#docker hub登録

```shell-session:macOS
$ docker commit 2651e9e533e2 kaizenjapan/openjij-ch1-ubuntu
sha256:31f8ffbbbf06db1691bd5386f547f553151cbfdd1cfff171e5dcec3eeed4d546
$ docker push kaizenjapan/openjij-ch1-ubuntu
The push refers to repository [docker.io/kaizenjapan/openjij-ch1-ubuntu]
42cc7cd900d4: Pushed 
75e70aa52609: Mounted from kaizenjapan/qc-nakamori 
dda151859818: Mounted from kaizenjapan/qc-nakamori 
fbd2732ad777: Mounted from kaizenjapan/qc-nakamori 
ba9de9d8475e: Mounted from kaizenjapan/qc-nakamori 
latest: digest: sha256:444a72af2904226c0a37adf6f7ff562398ed88a269ef3acba5f9efc6e3389647 size: 1365
```

# 参考資料(reference)

Dockerでホストとコンテナ間でのファイルコピー
https://qiita.com/gologo13/items/7e4e404af80377b48fd5


openjij slack
https://openjij.slack.com

```
!pip install -U cmake
```

<この項は書きかけです。順次追記します。>
This article is not completed. I will add some words and/or centences in order.
Este artículo no está completo. Agregaré algunas palabras en orden.

## 知人資料
' @kazuo_reve 私が効果を確認した「小川メソッド」
https://qiita.com/kazuo_reve/items/a3ea1d9171deeccc04da

' @kazuo_reve 新人の方によく展開している有益な情報
https://qiita.com/kazuo_reve/items/d1a3f0ee48e24bba38f1

' @kazuo_reve Vモデルについて勘違いしていたと思ったこと
https://qiita.com/kazuo_reve/items/46fddb094563bd9b2e1e

## 自己記事一覧
Qiitaで逆リンクを表示しなくなったような気がする。時々、スマフォで表示するとあらわることがあり、完全に削除したのではなさそう。2024年４月以降、せっせとリンクリストを作り、統計を取って確率を説明しようとしている。2025年２月末を目標にしていた。

一覧の一覧( The directory of directories of mine.) Qiita(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7eb0e006543886138f39

views 20,000越え自己記事一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/58e8bd6450957cdecd81

Views１万越え、もうすぐ１万記事一覧 最近いいねをいただいた216記事
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/d2b805717a92459ce853

仮説（0）一覧（目標100現在40）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f000506fe1837b3590df

Qiita(0)Qiita関連記事一覧（自分）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/58db5fbf036b28e9dfa6

Error一覧 error(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/48b6cbc8d68eae2c42b8

C++ Support(0)　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/8720d26f762369a80514

Coding(0) Rules, C, Secure, MISRA and so on
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/400725644a8a0e90fbb0

Ethernet 記事一覧　Ethernet(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/88d35e99f74aefc98794

Wireshark 一覧 wireshark(0)、Ethernet(48) 
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fbed841f61875c4731d0

線網（Wi-Fi）空中線(antenna)(0) 記事一覧(118/300目標)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e5464ac2b24bd4cd001

なぜdockerで機械学習するか 書籍・ソース一覧作成中 (目標100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/ddd12477544bf5ba85e2

プログラムちょい替え（0）一覧:4件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/296d87ef4bfd516bc394

言語処理100本ノックをdockerで。python覚えるのに最適。:10+12
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https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f7f0b9ab36569ad409c5

通信記事１００
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/1d67de5e1cd207b05ef7

日本語（０）一欄
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7498dcfa3a9ba7fd1e68

英語(0) 一覧
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/680e3f5cbf9430486c7d

音楽　一覧(0) 
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b6e5f42bbfe3bbe40f5d

「@kazuo_reve 新人の方によく展開している有益な情報」確認一覧 
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b9380888d1e5a042646b

鉄道（０）鉄道のシステム考察はてっちゃんがてつだってくれる
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/faa4ea03d91d901a618a

OSEK OS設計の基礎　OSEK(100)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7528a22a14242d2d58a3

coding (101) 一覧を作成し始めた。omake:最近のQiitaで表示しない5つの事象
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/20667f09f19598aedb68

官公庁・学校・公的団体（NPOを含む）システムの課題、官（０）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/04ee6eaf7ec13d3af4c3

「はじめての」シリーズ　 ベクタージャパン　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2e41634f6e21a3cf74eb

AUTOSAR(0)Qiita記事一覧, OSEK(75)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/89c07961b59a8754c869

プログラマが知っていると良い「公序良俗」
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9fe7c0dfac2fbd77a945

LaTeX(0) 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e3f7dafacab58c499792

自動制御、制御工学一覧（０）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/7767a4e19a6ae1479e6b

Rust(0) 一覧　
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/5e8bb080ba6ca0281927

programの本質は計画だ。programは設計だ。
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/c8545a769c246a458c27

登壇直後版 色使い(JIS安全色) Qiita Engineer Festa 2023〜私しか得しないニッチな技術でLT〜 スライド編 0.15
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/f0d3070d839f4f735b2b

プログラマが知っていると良い「公序良俗」
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9fe7c0dfac2fbd77a945

逆も真：社会人が最初に確かめるとよいこと。OSEK(69)、Ethernet(59)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/39afe4a728a31b903ddc

統計の嘘。仮説（127）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/63b48ecf258a3471c51b

自分の言葉だけで論理展開できるのが天才なら、文章の引用だけで論理展開できるのが秀才だ。仮説（136）
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/97cf07b9e24f860624dd

参考文献駆動執筆(references driven writing)・デンソークリエイト編
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b27b3f58b8bf265a5cd1

「何を」よりも「誰を」。１０年後のために今見習いたい人たち
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/8045978b16eb49d572b2

Qiitaの記事に３段階または５段階で到達するための方法
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出力(output)と呼ばないで。これは状態(state)です。
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祝休日・謹賀新年 2025年の目標
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